新時代《高分子化學(xué)》課程中實踐創(chuàng)新能力提高研究

＊呂鳳柱 胡應(yīng)模

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）北京 100083）

1.工科背景下《高分子化學(xué)》課程改革需求

2017年，教育部高等教育司發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，標(biāo)志著新工科建設(shè)在我國已經(jīng)從理論拓展到實際研究。學(xué)校以立德樹人為引導(dǎo)，以培養(yǎng)具備多元化能力和創(chuàng)新精神的卓越工程人才為目標(biāo)，開展課程體系、人才培養(yǎng)模式、教育教學(xué)質(zhì)量提升和分類發(fā)展體系等系列改革[1]。《高分子化學(xué)》課程是化學(xué)和材料領(lǐng)域都涉及到的一個理論性很強的課程，是大多工科院校都開展的課程，其是高分子材料、材料加工、復(fù)合材料等相關(guān)學(xué)科的一門重要的基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課，也面臨著教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)方法改進的系列挑戰(zhàn)。《高分子化學(xué)》課程內(nèi)容旨在讓學(xué)生系統(tǒng)理解高分子學(xué)科的重要概念、牢固掌握高分子科學(xué)的基礎(chǔ)理論，使學(xué)生較熟練地掌握高分子的合成、反應(yīng)原理及控制方法，掌握高分子化學(xué)反應(yīng)的特征，培養(yǎng)學(xué)生初步具有控制聚合反應(yīng)及選擇聚合方法的能力，為應(yīng)用高分子化學(xué)知識解決相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的實際問題夯實基礎(chǔ)[2]。《高分子化學(xué)》在不同學(xué)科中所起作用不同，課時不同，尤其是在復(fù)合材料學(xué)科體系中，課時嚴重不足。這就需要在教學(xué)過程中，充分利用《高分子化學(xué)》課程的自身特點，在突出工科特色的基礎(chǔ)上，將高分子化學(xué)中涉及的合成理論和方法和工業(yè)生產(chǎn)過程相結(jié)合，和科學(xué)研究相結(jié)合，探索應(yīng)用型人才育人新模式。最終在學(xué)生畢業(yè)時實現(xiàn)以下4個目標(biāo)：（1）掌握高分子結(jié)構(gòu)和本體材料性能之間的關(guān)系，能夠建立材料結(jié)構(gòu)決定性能的唯物理論觀；（2）能運用高分子化學(xué)中的基本原理，借助文獻研究，分析高分子材料制備過程的影響因素，獲得有效結(jié)論；（3）能夠基于科學(xué)原理，通過文獻研究或相關(guān)方法，提出和分析出高分子材料在工程應(yīng)用中出現(xiàn)問題的解決方案；（4）能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度思考高分子材料和工程專業(yè)工程實踐的可持續(xù)性，評價產(chǎn)品生命周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。經(jīng)過多輪教學(xué)探索，根據(jù)授課過程中學(xué)生的反饋，作者探索出系列提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的方法，對于實現(xiàn)以上4個目標(biāo)有很大的促進作用，應(yīng)用過程中收到較好的效果。

2.《高分子化學(xué)》課程實踐教學(xué)內(nèi)容質(zhì)量提升策略

(1)理論課內(nèi)容的篩分和講授

作為專業(yè)方向為材料、復(fù)合材料或相關(guān)學(xué)科的課程，《高分子化學(xué)》課時都相對較少；并且新工科背景下為了提高實踐教學(xué)內(nèi)容，理論課內(nèi)容相對縮減，為了應(yīng)對以上變化帶來的不利影響，培養(yǎng)符合社會需求的多方位人才，把《高分子化學(xué)》和實際結(jié)合緊密，應(yīng)用面廣的逐步聚合中的縮聚、連鎖聚合里的自由基聚合和聚合方法等內(nèi)容重點詳細講解，把聚合機理與自由基聚合相同或相近的自由基共聚合、陰離子聚合和陽離子聚合的內(nèi)容略講，并且與自由基聚合進行對比講授，只重點講授和自由基聚合差別較大的引發(fā)體系。而對于配位聚合和開環(huán)聚合則可以采用翻轉(zhuǎn)課堂對重點內(nèi)容講授或作為補充內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)。現(xiàn)在高校大都選用潘祖仁主編的《高分子化學(xué)》第五版，此版教材為國家級精品教材，受到同行的認可。圖1給出了這個版本設(shè)計的章節(jié)內(nèi)容、利用所涉及內(nèi)容制備的廣泛應(yīng)用工業(yè)化高分子，以及據(jù)此劃分的高分子化學(xué)課上內(nèi)容的講授級別。這樣通過對《高分子化學(xué)》理論課堂內(nèi)容的篩分和分類講授，使理論課上教學(xué)內(nèi)容精簡且符合實際需求，進而留出更多時間可以開展和實踐教學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，在有限課時內(nèi)讓學(xué)生學(xué)到最多內(nèi)容。

圖1 高分子化學(xué)課程內(nèi)容和講授優(yōu)先級別

(2)高分子化學(xué)課上學(xué)生實踐創(chuàng)新能力提高的方法和策略

學(xué)生實踐創(chuàng)新能力主要包括如圖2所示的總結(jié)概括能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力。高分子化學(xué)課中對這些能力的提高都提出了相應(yīng)的策略和方法，具體為：

圖2 學(xué)生實踐能力提高的主要策略和方法

①學(xué)生總結(jié)概括能力的提高策略

學(xué)生對已有知識的總結(jié)概括能力，把握重點的能力是其自身創(chuàng)新能力提高的前提。只有有意識的從已有的知識把握重點、提煉出有用的信息，才會有后期源源不斷的發(fā)散思維，設(shè)計創(chuàng)造[3]。為了在《高分子化學(xué)》課上提高學(xué)生總結(jié)概括的能力，《高分子化學(xué)》課上增加了學(xué)生不拘泥于形式的總結(jié)每章的知識框架、提煉重點的環(huán)節(jié)。以大作業(yè)的形式要求學(xué)生可以采用框架圖、思維導(dǎo)圖、流程圖和羅列的形式總結(jié)每章的知識脈絡(luò)，根據(jù)老師上課講解情況，標(biāo)注重難點及需要掌握和了解的知識點。這有助于提高學(xué)生總結(jié)能力、大局意識、把握重點的能力，為后期勃發(fā)提供基礎(chǔ)。此外，撰寫讀書報告對已有知識的總結(jié)和概括能力有更高的要求，需要學(xué)生把相近內(nèi)容總結(jié)概括，也能最大程度的提高學(xué)生總結(jié)能力。因而對高分子化學(xué)理論課略講的開環(huán)聚合和配位聚合部分，提前布置讓學(xué)生結(jié)合一篇高檔次英文文獻撰寫簡短讀書報告。報告中要求學(xué)生提煉文獻中用到的方法和原理，制備步驟中每一步的作用和關(guān)鍵控制因素，最終材料特性和制備方法間的關(guān)系。這可以讓學(xué)生既有大局意識，又能抓住重點，深入淺出的掌握關(guān)鍵知識點。凡事看起來容易，做起來難，從方方面面讓學(xué)生自己動手，從細節(jié)深究原因，從表象探究本質(zhì)，這對學(xué)生主動思維觸動會較大，會較快提升自己總結(jié)、提煉、概括能力，而不是被動接受[4]。

②實驗教學(xué)的開展

新工科背景下，對學(xué)生進行培養(yǎng)的新工科教育是在新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命、新經(jīng)濟背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇。以培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才為目標(biāo)。因而強化實踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是國家對工科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)提出的要求[5-6]。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提高離不開實踐教學(xué)。理論課程較強的《高分子化學(xué)》課離不開理論和實踐結(jié)合的實驗課程。《高分子化學(xué)》可以開設(shè)的實驗課高達34個，而典型的高分子化學(xué)實驗也有10個左右，在高分子化學(xué)課時不足的情況下，要想讓學(xué)生對高分子實踐體系有全面的了解和掌握，全部通過開設(shè)實驗課實現(xiàn)很不切實際。因而可以采取的措施為對普通實驗采用觀摩，而對于典型實驗要親自動手操作的方法。

采用翻轉(zhuǎn)課堂，利用網(wǎng)絡(luò)資源[7-8]，把在學(xué)校不易實現(xiàn)的《高分子化學(xué)》實驗引入到教學(xué)體系中。例如把從兄弟院校尋求幫助找到的實驗錄像、虛擬實驗或教師自己錄制的實驗視頻等上傳到學(xué)習(xí)通等學(xué)習(xí)平臺，而后利用翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生自己觀摩理解。翻轉(zhuǎn)課堂開展時，教師線上布置思考題，讓學(xué)生高效把握實踐內(nèi)容，而后在線下課堂上短時間提綱挈領(lǐng)的講解。這樣涉及實驗內(nèi)容多，討論有深度，有重點，既避免了實驗內(nèi)容在整個知識體系的短缺，又讓學(xué)生拓寬視野。

進而從實驗裝置類型和實驗原理的角度出發(fā)篩選出高分子的典型實驗。《高分子化學(xué)》典型實驗課可以用三個綜合性實驗?zāi)依ǎ_展從溶劑無水無氧處理，引發(fā)劑的預(yù)處理，單體純化等原料預(yù)處理與聚合方法聯(lián)系的本體聚合、乳液聚合和聚酯縮聚3個方面的綜合實驗。其他實驗和以上三個相比大同小異，經(jīng)過這三個實驗，學(xué)生可以從原料預(yù)處理開始、實驗裝置搭建、聚合過程控制、產(chǎn)物純化和表征等方面，全方位掌握高分子化學(xué)合成所面臨的問題。這樣經(jīng)過典型實驗裝置搭建和操作訓(xùn)練，再加上前期翻轉(zhuǎn)課堂對一些實驗的觀摩，形成了高分子化學(xué)實踐內(nèi)容的完整體系。使學(xué)生既有和高分子合成相關(guān)技能的總體認識，也有自身能力的實踐鍛煉。

③和科研相結(jié)合方案設(shè)計

能對給出要求的進項方案設(shè)計是學(xué)生實踐創(chuàng)新能力提高的直接體現(xiàn)，也是最能發(fā)揮學(xué)生能動性，把理論和實踐結(jié)合起來的教學(xué)環(huán)節(jié)[7]。《高分子化學(xué)》課程每章的理論部分講授結(jié)束時，引入方案設(shè)計的內(nèi)容，包括路線設(shè)計、投料設(shè)計、實驗裝置的搭建設(shè)計、工藝流程的設(shè)計，讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，把實驗設(shè)計依據(jù)和課上理論建立聯(lián)系，提高學(xué)生解決實際問題的能力。《高分子化學(xué)》課程中除了第1章和第9章為基本概念外，其他章節(jié)內(nèi)容都可以和科研或工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，進行方案設(shè)計，即開展涉及不同聚合機理和方法的方案設(shè)計，而開展涉及自由基聚合和縮合聚合內(nèi)容的設(shè)計為兩個非常典型的方案設(shè)計。例如在自由基聚合理論內(nèi)容講授結(jié)束時，可以給學(xué)生布置作業(yè)，設(shè)計一定粒徑聚苯乙烯微球的制備方案，逐步聚合理論內(nèi)容結(jié)束時，可以讓學(xué)生開展聚對苯二甲酸乙二醇酯的合成及其熔融紡絲方案設(shè)計。讓學(xué)生提出制備方法、利用原理、工藝流程、投料比例計算原理、產(chǎn)品后處理方法等，讓學(xué)生全方位理解一種方法的實施涉及到的方方面面；讓學(xué)生思考問題更加切合實際。

(3)多方位評價體系促學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力提高方法和策略

成績評定是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價，是嚴把畢業(yè)出口關(guān)的一道防線。《高分子化學(xué)》課程考核采用“平時成績+期末考試成績”的方式進行。平時成績占比40%。為了使40%的平時成績真正體現(xiàn)學(xué)生平時學(xué)習(xí)狀況，做到對學(xué)生平時表現(xiàn)的考評多樣化，符合新時期對學(xué)生評價注重能力評價的要求[9]，平時成績由簽到、回答問題、方案設(shè)計、章節(jié)知識脈絡(luò)總結(jié)、學(xué)生出題、課后作業(yè)的成績等共同組成。方案設(shè)計、章節(jié)知識脈絡(luò)總結(jié)等評價內(nèi)容的引入更能反應(yīng)同學(xué)們平時自主學(xué)習(xí)的能動性和創(chuàng)新能力。此外，《高分子化學(xué)》期末考試的內(nèi)容也更加廣泛，和實際聯(lián)系更加緊密，更加生活化，例如在高分子化學(xué)機理考試方面，題目中以實際生活中使用的或遇到的高分子材料為出發(fā)點考試，考察學(xué)生對身邊典型且常見高分子的合成方法和機理的掌握情況。讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)知識是為生活實際需求服務(wù)，學(xué)習(xí)高分子化學(xué)知識是為了制備性能更好的高分子材料為目的，從而把理論和實際聯(lián)系起來。學(xué)生的評價體系就是一個指揮棒，指導(dǎo)學(xué)生多思考、多設(shè)計、多聯(lián)系實際，把《高分子化學(xué)》中的聚合理論和實踐聯(lián)系起來，定能起到促進作用，使學(xué)生實踐創(chuàng)新能力得到提升。

3.《高分子化學(xué)》課程實踐內(nèi)容高質(zhì)量實施的保障措施

無論何種教育方法和策略的高質(zhì)量實施都需要有保障措施。《高分子化學(xué)》課程內(nèi)容的實施主體是教師，《高分子化學(xué)》課程內(nèi)容高質(zhì)量的實施需要教師具有高度的責(zé)任感，對主動性強、自我管理能力強的學(xué)生起到引領(lǐng)和指導(dǎo)方向的作用；對于惰性較強，需要督促才能學(xué)習(xí)的學(xué)生，教師應(yīng)參與到學(xué)生的學(xué)習(xí)中，答疑解惑，與學(xué)生共同成長；對于對自身要求較低，沒有能動性的學(xué)生，教師要有足夠的耐心，經(jīng)常督促、常常提醒學(xué)生學(xué)習(xí)。但這還遠遠不夠，任何事情靠教師的自覺性，靠教師的品德自我約束開展工作都不是長久的。教研室和學(xué)校的政策是促使改革實施的有利保障，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）根據(jù)國家對“雙一流”大學(xué)教育的要求，制定了系列提高工科教育質(zhì)量、促進工程認證、促進教育質(zhì)量提升的政策和資助措施、每年有不分職稱高低的教師教學(xué)技能大賽、對先進教師的評比和獎勵。這些都將是動力和保障，促使教師在《高分子化學(xué)》課程改革中腳踏實地，做出成績。